山岭隧道开挖应力释放率研究

在隧道开挖与支护过程的数值分析中,确定隧道开挖应力释放率是比较困难的一个问题。本文通过数值模拟方法,分析了围岩等级、开挖形状、开挖尺寸、隧道埋深以及侧压力系数等5个因素对隧道开挖应力释放率的影响程度。结果表明:影响开挖应力释放率的主要因素为围岩等级,并得到不同等级围岩隧道开挖应力释放率取值范围;其余4个因素对开挖应力释放率影响相对较小,为次要因素。因此,在数值模拟隧道开挖时,可以主要依据围岩等级来确定隧道开挖应力释放率。     

一种改进的隧道开挖应力释放率确定方法

为探求一种简单有效的求解隧道开挖应力释放率的方法,基于应力释放率可近似等效为位移释放率的原理,提出一种通过体积损失率求解应力释放率的方法。同时,依托于软弱围岩隧道,详述不同施工工法的应力释放率求解过程,分析各工法应力释放率的变化规律。计算结果表明:各工法的不同开挖部对应不同的应力释放率,后开挖部因受先行开挖的扰动,其应力释放率普遍大于先开挖部;除CD法外,其余工法的平均应力释放率均随施工工法的改进而逐渐变小。求解的各工法应力释放率可作为基准应力释放率,为同类隧道支护设计及施工工法优化提供一定的理论指导,具有重要的工程应用价值。     

隧道开挖数值模拟过程中荷载释放率的确定

依据剖岩开挖和岩土力学原理，通过ANSYS软件对围岩级别较低的Ⅳ、Ⅴ级围岩开挖全过程进行三维有限元数值模拟，取开挖荷载释放率与其位移释放率相同，分别得出了这两种围岩中某一断面在开挖过程中各施工步的荷载释放率。并验证了Ⅳ、Ⅴ级围岩中开挖荷载释放率的正确性。     

盾构法隧道施工引起地表变形分析

采用有限元软件ANSYS对盾构隧道动态开挖过程进行数值模拟,将硐周节点应力逐级释放来模拟开挖施工过程,在模拟过程中考虑了土体的分层特性、土体材料的本构非线性以及注浆施工对土体变形的影响。并采用明德林解考虑了盾壳和土体之间纵向摩擦力对土体变形的影响。分析中提出了考虑衬砌与土体共同作用的硐周结点荷载释放系数法。通过对工程实例分析验证了该方法的可行性。     

引水隧洞开挖释放荷载模拟方法的对比研究

岩体工程开挖后的应力调整和变形与施工的具体方法和时空间效应相关,对于开挖边界等效释放荷载的模拟问题,常用的方法有应力释放法和参数弱化法。总结了应力释放法和参数弱化法两种方法的原理和优缺点,考虑在无渗流场和渗流场的两种情况,对一典型引水隧洞开挖问题中释放荷载的模拟,分别采用上述方法进行数值计算和对比分析,并采用其中的应力释放法应用于锦屏深埋引水隧洞施工开挖围岩稳定分析。分析结果表明,等效荷载释放率相同时,无渗流场情况和有渗流场情况均为应力释放法对隧洞周边应力扰动最大,应力释放法和参数间接弱化法计算结果较为相似,直接参数弱化法计算结果与二者相差较大;锦屏隧洞在实际开挖时应该采取措施控制水平方向的等效荷载释放,实际开挖工程中的同一断面不同位置的荷载释放会存在差异,将影响最终开挖损伤区的范围和损伤程度。     

隧道开挖释放荷载的有限元模拟方法研究

针对平面应变问题下隧道开挖释放荷载的有限元模拟方法,总结分析了常用的Mana法、刚度折减法和支撑荷载法,并从体系平衡的概念,论述了各种方法的思路与实现过程,指出支撑荷载法概念清晰、计算简便,便于通用有限元软件实现,更适合多施工步开挖模拟。     

大跨软岩隧道二衬合理支护时机的分析与优化

随着我国高速公路大规模的建设,新奥法的基本理念已经被广泛应用于大跨软岩隧道施工中,因此,支护时机的选择尤为重要。以集呼高速公路金盆湾隧道为例,应用大型通用软件ANSYS建立有限元模型,采用弹塑性方法及Drucker-Prager屈服准则,进行二维平面应变模拟。数值模拟CD法施工时不同荷载释放系数下的开挖与支护,通过分析隧道围岩受力状态、围岩变形、初期支护结构力学性能变化及现场监测结果,初步确定二次衬砌的最佳支护时机。     

洋碰隧道开挖面空间效应的数值模拟研究

本文采用洞周围岩位移释放系数的概念,对京珠高速公路粤境北段洋碰隧道IV围岩岩在全断面和上下台阶开挖方式下的开挖面空间效应问题进行了三维有限元仿真数值模拟研究,所得结果对类似公路隧道的施工和监控量测等工作均有借鉴和指导作用。     

富水地层中重叠隧道施工引起土体变形研究

重叠隧道施工易产生隧道结构不稳定和地层变形等问题。重叠隧道富水地层施工时,土层开挖应力释放和地下水渗流共同作用使得地层和隧道变形问题显得更加突出,增加了施工难度。以深圳地铁5号线重叠隧道为背景,采用数值方法研究了开挖应力释放和渗流作用在重叠隧道施工不同阶段对隧道结构和土层变形的影响,得到富水地层重叠隧道施工土层变形规律,同时提出了控制地层变形措施。重叠隧道下洞施工时,采用设置超前注浆支护能有效控制开挖应力释放引起拱顶沉降,开挖完成后隧道拱顶在渗流作用下沉降稳定,而隧道上覆土层因失水固结产生较大工后沉降,同时地表沉降槽深度和半径在渗流作用下不断增大;为避免下洞隧道在渗流作用引起上洞隧道整体沉降,上洞在下洞施工引起土体变形稳定后进行施工。上洞开挖应力释放引起较大地层沉降,开挖应力释放引起较大地层沉降,渗流因素引起地层工后变形较小,地表沉降槽深度迅速增大而影响半径保持稳定。     

等值地应力下岩质圆形隧道位移释放系数比较及应用

 隧道前期变形是利用收敛约束法确定支护压力和围岩稳定变形的关键,在分析隧道开挖面空间效应机制的基础上,总结具有代表性的深埋岩质圆形隧道位移释放系数公式,对其进行分类、适用性及空间效应的比较,得到不同位移释放系数、不同支护施作距离和不同控制目标下的收敛约束差异。研究结果表明：以围岩塑性区最大半径为基础的位移释放系数对弹性围岩和各种弹塑性围岩均适用,具有广泛的工程应用前景;弹性位移释放系数仅适用于弹性围岩,常用塑性位移释放系数仅适用于相对半径为2的隧道围岩;不宜将依据距开挖面较远处得到的支护压力而设计的支护结构随意前移构筑,应依据实际工程的围岩特性,合理选择位移释放系数公式,适时施作不同刚度的支护。     

隧道开挖对框架结构位移影响分析

针对隧道开挖对框架结构的影响问题,应用有限元软件建立隧道开挖对框架结构的影响模型,计算隧道开挖引起框架结构的位移并加以分析,得出框架位移随施工阶段的变化规律。通过分析加深认识了隧道开挖对框架结构的影响问题,为进一步解决工程实际问题提供一定借鉴。     

隧道开挖引起地表下沉及其影响分析

针对地下隧道开挖引起的地表下沉问题,运用概率统计理论建立了数学模型,并根据BP神经网络理论,通过对BP神经网络算法的改进,采用反分析方法确定岩体移动变形参数。利用所建模型对隧道开挖引起的地表垂直移动(下沉)进行了具体的计算分析,将理论计算值与实测下沉值进行对比,二者十分吻合。对比结果表明,所给出的数学分析模型及参数确定方法符合工程实际,为解决地下隧道开挖引起地表下沉预计分析问题开辟了新的途径。     

特殊地段隧道开挖施工技术研究

通过对特殊地段隧道开挖常用辅助施工技术的分析研究,结合北山隧道特殊地质条件,针对性的提出了北山隧道特殊地段开挖辅助施工技术,并对隧道开挖支护施工方案进行了优化。     

基于FLAC2D数值方法的盾构隧道地层损失率研究

盾构隧道施工中,提前预测隧道开挖引起的地层及邻近建筑变形对于减少施工对既有建筑的危害是必要的。本文从实用且快速评估的角度出发,提出基于FLAC2D数值方法的地层损失率研究,在模拟盾构隧道开挖过程中引入地层损失的概念,简化开挖步骤,充分考虑了隧道开挖引起的地层与邻近建筑的变形效应。经实例验证,该方法行之有效,且针对武汉某隧道下穿断面,提出地层损失率控制在2%以内,开挖顺序为C/B/A的最优施工方案。     

鸳鸯会隧道开挖变形分析及控制措施

山平高速公路鸳鸯会隧道左线进洞施工中,隧道顶部和邻近坡体产生了较大变形,现场监测发现隧道最大沉降达34 cm。依据对该隧道及邻近坡体现场监测数据,应用相关理论,分析探讨洞口开挖引起隧道及仰坡不利变形的诱因,并根据监测分析结果提出控制措施。最后应用有限元方法模拟了所提出控制措施下隧道进洞开挖的过程,结果表明所提出控制措施...     

Evaluating D&B and TBM tunnelling using NTNU prediction models

Drill and Blast (D&B) and Tunnel Boring Machine (TBM) are the two dominating excavation methods in hard rock tunnelling. Selection of the cost effective excavation method for a tunnel is a function of tunnel cross section area, rock conditions, tunnel length, availability of skilled labour and proper equipment, and project schedule. Over the past few decades, major technological development and technical advances have been achieved in both methods. Yet, in many tunnelling projects, choosing the excavation method is still a challenge and requires considering pros and cons of each method and estimating construction time, costs, as well as post construction and operation & maintenance, and related risk in the planning phase. In this study, the productivity and efficiency of the D&B and TBM options for excavating certain size tunnels have been examined. The analysis is based on recent NTNU prediction models for advance rate and unit excavation cost for given ground conditions and tunnel geometry. For excavation of large size tunnels in very hard rock, the D&B method seems to be the cost effective choice irrespective to tunnel geometry. This is compared to smaller long tunnels with good boreability were the TBM has higher advance rate. The tunnel size and rock conditions have higher impact on the TBM performance and costs than for D&B. This refers to lower risk of using D&B where the use of this method is otherwise justified.     

浅埋隧道施工对上覆地层变形影响的试验研究

以浅埋隧道近接施工引起上覆地层的变形为研究对象,引入透明土试验技术和粒子图像测速技术(简称PIV技术),设计开展了隧道开挖对地层变形影像的透明土模型实验,并且考虑了隧道分部开挖过程中地层变形的动态变化情况。采用量纲分析法推导出模型试验的相似准则,并基于该相似准则设计了隧道开挖模拟试验模型箱,对不同隧道埋深工况进行了隧道开挖模拟,得到了竖直平面内地层沉降分布结果。研究结果表明,基于透明土材料和PIV技术可以有效地开展浅埋隧道开挖模拟试验研究,上覆地层沉降的演变过程与隧道掌子面推进时的相对位置具有密切关系。     

砂土中隧道施工引起近接隧道位移的试验研究

新建隧道施工对近接隧道的影响,一直是隧道设计和施工中必须考虑的问题,但现阶段对此还没有一致的认识。为了进一步研究新建隧道施工对近接隧道影响机理,设计了能够模拟隧道分步开挖的室内模型试验装置,并用该试验装置进行了砂土地层中新建隧道施工引起近接水平平行隧道位移的试验研究。试验重点研究了两平行隧道间净距、埋深对既有隧道位移的影响。通过对试验结果分析,得到了既有隧道拱顶和靠近新建隧道一侧拱腰部位的位移发展规律。试验结果分析表明,新建隧道开挖会对既有平行隧道结构产生侧向挤压效应,隧道埋深和净距对既有隧道的位移都有影响,但隧道间净距变化对位移量的影响更大。当隧道间净距大于2倍隧道直径时,新建隧道开挖对既有水平平行隧道位移的影响非常小。研究成果可为砂土地层中近距离平行隧道设计和施工提供参考。     

轨道交通上方大面积基坑开挖三维问题分析

地铁隧道作为现代城市的交通命脉,其安全性极为重要,所以进一步研究轨道上方大面积基坑开挖是十分迫切的.文章采用FLAC<'3D>中的Burger's模型对上海市轨道交通杨浦线淮海路车站北风井基坑工程考虑空间和时间效应的三维有限元分析,并通过与实际监测数据的对比分析,得出对具体施工中轨道正上方的跳挖段宽的优化建议.基坑分三层开挖,前两层为分块大面积开挖,轨道正上方第三层土体采用沿隧道方向分段跳挖,其开挖的段宽由3m增加到6m后,如果开挖所花时间相同,隧道上浮量仅增加约2%.若因增加开挖的段宽而使开挖时间可适当缩短,则隧道上浮量增加更小.     

An application of three-dimensional analysis around a tunnel portal under construction

Deformation of a tunnel portal during tunnel excavation is very complex, and it can affect adjacent portal structures. During the construction of the Seoul Metro Line 7, a temporary vertical shaft was constructed by cut and cover method to take out a shield machine and to excavate subsequent tunnel by New Austrian Tunneling Method. Due to the complex structure of tunnel portals, the temporary support system of the vertical shaft was expected to be subjected to an additional load during the tunnel excavation. Thus, three-dimensional analysis of the vertical shaft, including tunnel excavation process, was performed in order to ensure the safety of overall system. This paper presents behavior of the vertical shaft based on the three-dimensional numerical analysis results during the construction sequence.